سرنوشت و تمایز سلولی
چگونه سلولهایی که در ابتدا معادل هستند، به هویتهای خاصی متعهد میشوند و سپس به انواع سلولهای تخصصی که بافتها و اندامها را میسازند، تمایز مییابند.
Definition
سرنوشت سلولی، هویت نهایی است که یک سلول یا فرزندان آن در تکوین طبیعی اتخاذ خواهند کرد؛ تمایز فرآیندی است که طی آن یک سلول کمتر تخصصی، ویژگیهای ساختاری و مولکولی یک نوع سلول عملکردی خاص را از طریق بیان انتخابی ژن به دست میآورد.
Scope
این حوزه چگونگی تعیین و محدود شدن تدریجی سرنوشت تکوینی، تفاوت بین تعیین سرنوشت و تمایز آشکار، مکانیسمهای درونسلولی و برونسلولی (عوامل تعیینکننده سیتوپلاسمی در مقابل سیگنالدهی القایی) که سرنوشت را مشخص میکنند، و نقش مرگ برنامهریزیشده سلولی در شکلدهی بافتها را پوشش میدهد. این حوزه تمایز را به عنوان ایجاد بیان ژن خاص نوع سلول در نظر میگیرد و آن را به درک مدرن از این که سرنوشت میتواند به صورت تجربی بازبرنامهریزی شود، مرتبط میسازد.
Sub-topics
Core questions
- چگونه سلولهای اولیه مشابه، سرنوشتهای متفاوتی پیدا میکنند؟
- چه چیزی یک سلول متعهد (تعیینشده) را از سلولی که به وضوح تمایز یافته است، متمایز میکند؟
- چه زمانی سرنوشت توسط عوامل تعیینکننده داخلی تعیین میشود و چه زمانی توسط سیگنالهای سلولهای همسایه؟
- چگونه یک وضعیت تمایزیافته حفظ میشود و چقدر برگشتپذیر است؟
Key theories
- بیان ژن افتراقی
- سلولهای یک ارگانیسم دارای ژنوم یکسانی هستند، بنابراین تفاوتها بین انواع سلولها نه از ژنهای متفاوت بلکه از این که کدام ژنها بیان میشوند، ناشی میشود؛ تمایز، ایجاد الگوهای پایدار و خاص نوع سلول از فعالیت ژن است.
- قابلیت بازبرنامهریزی سرنوشت سلولی
- سلولهای تمایزیافته یک ژنوم کامل را حفظ میکنند و میتوانند توسط مجموعهای تعریفشده از فاکتورهای رونویسی به حالت پرتوانی بازگردانده شوند، که نشان میدهد وضعیت تمایزیافته توسط ورودیهای تنظیمی و نه از دست دادن برگشتناپذیر اطلاعات ژنتیکی حفظ میشود.
Mechanisms
سرنوشت با دو استراتژی کلی تعیین میشود. در تعیین خودکار (موزاییکی)، عوامل تعیینکننده سیتوپلاسمی موضعی در طول تقسیم سلولی به سلولهای خاصی تقسیم میشوند و سرنوشت آنها را مستقل از سلولهای همسایه تثبیت میکنند. در تعیین مشروط (تنظیمی)، سلولها سرنوشت خود را از سیگنالهای القایی و اطلاعات موقعیتی که توسط بافتهای اطراف تأمین میشود، به دست میآورند. در هر دو مورد، سرنوشت انتخاب شده توسط شبکههایی از فاکتورهای رونویسی که ژنهای خاص نوع سلول را فعال میکنند و همراه با تغییرات اپیژنتیکی، وضعیت را در طول تقسیمات سلولی تثبیت میکنند، اجرا میشود. تعهد از یک وضعیت مشخص شده ناپایدار به یک وضعیت تعیین شده برگشتناپذیر پیش میرود، پس از آن تمایز آشکار، پروتئینها و ساختارهایی را تولید میکند که نوع سلول بالغ را تعریف میکنند.
Clinical relevance
درک چگونگی تعیین و حفظ سرنوشت، زیربنای پزشکی بازساختی، تولید هدفمند انواع سلولهای خاص از سلولهای بنیادی، و تفسیر سرطانها به عنوان اختلالات تمایز است. این مدخل آموزشی است و راهنمایی بالینی ارائه نمیدهد.
History
این اصل که تمایز منعکسکننده بیان ژن افتراقی است تا از دست دادن ژن، توسط آزمایشهای انتقال هسته که نشان دادند یک هسته تمایزیافته میتواند از تکوین حمایت کند، پشتیبانی شد. این دیدگاه با اثبات این که فاکتورهای رونویسی تعریفشده میتوانند سلولهای تمایزیافته را به پرتوانی بازبرنامهریزی کنند، به اوج خود رسید، کاری که با جایزه نوبل شناخته شد.
Key figures
- Lewis Wolpert
- Conrad Waddington
- John Gurdon
- Shinya Yamanaka
Related topics
Seminal works
- takahashi2006
- gilbert2016
- wolpert1969
Frequently asked questions
- اگر همه سلولها DNA یکسانی دارند، چرا با هم متفاوت هستند؟
- انواع سلولها به این دلیل متفاوت هستند که زیرمجموعههای متفاوتی از ژنوم مشترک را بیان میکنند؛ تمایز فرآیند فعال کردن یک الگوی ژنی خاص نوع سلول و حفظ پایداری آن است.
- تفاوت بین تعیین سرنوشت و تمایز چیست؟
- تعیین سرنوشت، تعهد یک سلول به یک سرنوشت خاص است، اغلب قبل از هرگونه تغییر قابل مشاهده؛ تمایز، ظهور بعدی ویژگیهای تخصصی آن سرنوشت است.